船用电喷主机的原理及日常管理浅析

船用电喷主机的原理及日常管理浅析

摘要：随着船舶智能化的日益发展以及世界能源危机和环境污染的加重，为了节约能源、降低排放，提高柴油机燃烧工况，电控喷射技术得到了飞速的发展。而高压共轨燃油喷射系统既对满足柴油机的经济性能，又对实现低污染、低排放发挥了重要作用，电控共轨柴油机的排放已达到相当理想的状态。本文主要针对目前市场两大船用主机的船用柴油机高压共轨系统的结构及组成，就电子控制系统的控制策略进行了叙述以及介绍了高压共轨系统在船用柴油机领域的应用实例与管理。本文先就电喷船用主机的电喷共轨原理进行了浅析，并列举了船用电喷柴油主机在使用过程中电喷共轨系统可能发生的几点故障，展开了分析。

关键词：船用柴油机电喷共轨原理分析

1两大电喷主机的共轨工作原理分析

1.1 Wartsila RT-flex共轨柴油机

Wartsila RT-flex机型有两个公共油轨：一个输送的是200bar的滑油，它的作用是作为驱动排气阀、气缸起动阀和喷射控制装置的伺服油；另一个则是1000bar的作为柴油机燃料的重油，由曲轴通过三角凸轮带动高压共轨燃油泵把燃油加压到1000bar，然后由高压燃油管路流至高压公共供油管（如下图1中所示），再通过容积喷射控制单元（ICU），对燃油进行喷射控制，该控制单元由20Mpa的伺服油驱

动，伺服油的触发信号来自于WECS-9520的气缸控制单元，气缸控制单元通过曲轴角度传感器，测出曲轴的位置和负荷，再进行判断和计算以选择最佳的时刻进行燃油喷射。轮机员还能够通过主机的反馈信息，同时利用WECS的辅助单元，对FQS和VIT进行重新设定。WECS-9520也可以按照预先设定的曲线，对不同负荷下的燃油喷射量以及喷射时间进行自动控制，RT-flex机型每个气缸有3个喷油阀，当柴油机在低负荷运行时，WECS-9520控制系统可以关闭其中的1或2个喷油器来减少喷油量，进而达到节省燃油和减少排放的目的，同时还能保持良好的低负荷运行特性。

排气阀液压驱动系统的工作原理，与燃油共轨工作原理大体相近，只是驱动方式由轴带三角凸轮变为无需换向操作的丹尼克斯变量泵控制（既伺服油泵）。（如图2所示）。该系统的工作原理是高压伺服油泵将液压油压入液压总管内，然后WECS-9520发出信号，控制共轨阀（Rail vavle）通过液压执行器来驱动排气阀。

图2Wartsila RT-flex排气阀系统

图2中的瓦锡兰FLEX柴油机的电控液压排气装置相对于机械（凸轮轴式）的优点是：（1）各个气缸的排气阀都能够独立打开和关闭，所以当当主机在部分负荷时，WECS-9520能自动依次关闭柴油机的部分气缸，这样可以很大程度上的降低能耗；（2）由于该系统是

由软件控制的，各缸喷油量由共轨阀得电时间长短控制，这样一来，每缸燃烧工况会交以往凸轮轴式柴油机改善很多，气阀磨损均匀细腻，在降低排放上有很大的意义。

1.2 MAN-B&W共轨柴油机

相对于瓦锡兰FLEX电喷柴油机，MAN-B&W柴油机燃油电喷系统泵的控制如下图3所示。该控制系统在缸头平台每缸燃油侧均设置了新型的高压油泵，油泵的柱塞不再由凸轮轴驱动，而是清洁度较高经过增压的的主滑油驱动，它通过顶动高压油泵内部活塞来带动柱塞上下运动。主滑油来自于柴油机的滑油系统，区别于MAN B&W MC机型的是，主滑油除了润滑运动部件和冷却高温部件外，即去往主轴承十字头轴承曲柄销轴承的润滑的和活塞头的冷却；还需经过主机自带的自清功能的细滤器，经过过滤后，在柴油机自带的增压泵增压下，将这路主滑油加压到20MPa，再到各缸高压油泵的两个大的储存器内，高压滑油系统通常需要保持恒压，保证压力波动较小，所以各高压油泵均配置了2个充氮蓄能器。各缸高压油泵的燃油喷射，是通过电控阀NC快速控制高压滑油的进出来驱动活塞快速上下运动，带动高压油泵柱塞瞬间增压，让油压升至产生高压（75~120MPa），最后经过喷油器喷射雾化。电控电磁阀NC是由微处理器控制程序系统ECSP，根据柴油机状况分析系统ECA和控制操作系统OMCP的综合信息发出指令而动作，其燃油共轨是指驱动各缸高压油泵的动力滑油来自共轨管中（即下图3中的蓄压器），而

Wartsila RT-flex的燃油共轨则是通过燃油喷射控制单元ICU和排气阀控制单元VCU的共轨阀Rail Vavle来进行控制的。

MAN-B&W柴油机排气阀共轨系统的基本原理基本如图4中所示，其结构形式与该机型燃油共轨大同小异，电控电磁阀NC控制动力滑油，其启闭是根据气缸燃烧状况由微处理器控制程序系统ECSP发出信号，分别控制各缸排气阀的开启和关闭。这种采用电子控制排气阀启闭的方式，同样不仅能够使排气阀以相当于均匀速度的敲击排气阀阀座，减少了气阀关闭时的摩擦声与噪音，而且也可以有效地降低排放，控制主机排烟温度。

2船用电控共轨柴油机常见故障

相对于传统的凸轮轴式柴油机，电喷柴油机在使用方面有诸如上述的几种优点。但是，船用电喷主机的高度自动化以及智能化的特点也是一把双刃剑，它对船舶使用者管理能力也相应的提高了要求。船用电控共轨柴油机集成化的燃油以及滑油高压共轨和控制柴油机燃油喷射，汽缸油注入以及排气阀启闭的电子系统，由于柴油机的高温高压工作环境，因此常见故障也是较老式机型多，同时也需要使用人员有较高的自动化故障分析能力。

2.1 高压管件以及共轨管发生漏泄

一般在主机以常规负荷正常运行时时，燃油共轨单元系统油压通常是维持在1000bar左右，伺服油共轨单元因为他的控制特性，所以也基本保持在200bar，较高的共轨管压力导致主机在长时间的使用后，由于燃油的高温高压特性，会产生泄漏。根据使用经验，我们会发现，经常容易出现漏泄的地方如下：

1伺服油泵的轴封；伺服油泵需要向主机提供较高的伺服油压，保证燃油燃油正常喷射及排气阀按正时启闭，伺服油泵内径向压力较大，在长时间运行磨损后，轴封处会产生泄漏，发生泄漏时，需轮机管理人员及时更换轴封，保证主机正常伺服油压。

2高压油管，管路合拢处，焊缝以及弯头薄弱处；高压管路在合拢处极易发生泄漏。由于油管内均为高压流体，长时间冲刷会导致焊接处和弯头薄弱处产生砂眼和裂缝，导致管路内流体大量泄漏。主机运行时，振动现象一直都有，在管路合拢处如果密封面出现未完全贴合的状况（一般由于密封面安装不好或主机振动导致），也会产生大量的泄漏。

3阀件的密封处，包括活动部件阀杆密封等。电喷主机的NC阀或RAIL V A VLE ，由于长时间高频率的快速被触发，阀块密封处O 型圈极易损坏，这时轮机管理人员需经常检查各阀块，一旦发生泄漏，马上更换密封圈。

2.2 电子控制系统故障